Построение концептуальной модели

На этапе построения концептуальной модели создаете целостное и системное описание используемых знаний, отражающих сущность функционирования проблемной области. От качеств построения концептуальной модели проблемной области во многом зависит насколько часто в дальнейшем по мере развития проект будет выполнять перепроектирование базы знаний. Хорошая концептуальная модель может только уточнятся (детализироваться или упрощаться), но не перестраиваться.

Результат концептуализации проблемной области обычно фиксируется в виде наглядных графических систем на объектном, функциональном и поведенческом уровнях моделирования:

• Объектная модель описывает структуру предметной области как совокупности взаимосвязанных объектов

• Функциональная модель отражает действия и преобразования над объектами;

• Поведенческая модель рассматривает взаимодействия объектов во временном аспекте

Первые две модели описывают статические аспекты функционирования проблемной области, а третья модель – динамику изменения ее состояний. Естественно, что для различных классов задач могут требоваться разные виды моделей, а следовательно, и ориентированные на них методы представления знаний. Рассмотрим каждую из представленных видов моделей.

Объектная модель отражает фактуальное знание о составе объектов, их свойств и связей. Элементарной единицей структурного знания является факт, описывающий одно свойство или одну связь объекта, который представляет в виде триплета:

Предикат (объект, значение).

Если предикат определяет название свойства объекта, то в качестве значения выступает конкретное значение этого свойства, например:

Профессия («Иванов», «Инженер»).

Если предикат определяет название связи объекта, то значению соответствует объект, с которым связан первый объект, например:

Работает («Иванов», «Механический цех»).

В качестве важнейших типизированных видов отношений рассматриваются следующие:

“род**” - “вид” (обобщение);

“целое” - “часть” (агрегация);

“причина” - “следствие”;

“цель” - “средство”;

“функция” - “аргумент”;

“ассоциация”;

“хронология”;

“пространственное положение” и др.

Так, отношение обобщения (“род” - “вид”) фиксируется на уровне названия классов объектов, например:

Есть – подкласс (инженеры, личности).

Под классом объектов понимается совокупность объектов с одинаковым набором предикатов (свойств и связей). Класс объектов часто описывается в виде n-ного реляционного отношения, например:

Личности (Ф.И.О., Профессия, Подразделение, …)

Инженеры (Ф.И.О., ВУЗ, Оклад,…)

Рабочие (Ф.И.О., Разряд, Тарифная ставка,…)

При этом подклассы объектов автоматически наследуют общие свойства и связи вышестоящих классов, а совокупность взаимосвязанных по отношению обобщения классов объектов образует иерархию наследования свойств.

Отношение агрегации классов объектов («Целое» - «Часть») отражает составные части объектов, которое можно представить в бинарном виде. На именах двух классов объектов:

Есть – часть (Оборудование, Цех);

Есть – часть (Рабочие, Цех).

Аналогично представляются и другие семантические отношения:

• Причина – следствие (Задолженность, Банкротство);

• Аргумент – функция (Спрос, Цена);

• Средство – цель (Покупка акций, Прибыль);

• Ассоциация (Производство, Обслуживание);

• Хронология (Отгрузка, Поставка);

• Пространственное положение (Сборка, Технический контроль).

Обычно объектное значение представляется графически средствами ER – моделей (модель «Сущность - Связь»).

Функциональная модель – описывает преобразование фактов, зависимости между ними, показывающие, как одни факты образуются из других. В качестве единицы функционального знания определим функциональную зависимость фактов в виде импликации:

А1_ΛА2_ΛА3_ΛАn_->B,

Означающей, что факт В имеет место только в том случае, если имеет место конъюнкция фактов или их отрицаний А1, А2, …, Аn, например:

Сбыт (Товар, «Слабый») и

Прибыль (Товар, «Ничтожная») и

Потребители (Товар, «Любители нового») и

Число _конкурентов (Товар, «Небольшое») - >

Жизненный _цикл (Товар, «Выведение на рынок»).

Функциональную зависимость фактов можно трактовать как отношение следующих отношений фактов:

• «Причина» - «Следствие»;

• «Средство» - «Цель»;

• «Аргумент» - «Функция»;

• «Ситуация» - «Действие».

В качестве терминов конъюнкции фактов могут выступать более сложные логические условия.

Функциональная модель строится путем последовательной декомпозиции целей, а именно: для цели определяются подцели, для которых в свою очередь устанавливаются подцели и т.д. пока в качестве подцелей не окажутся исходные факты (процесс декомпозиции «сверху» - «вниз»). Каждой цели (подцели) соответствует некоторая задача (подзадача), которая не может быть решена, пока не будут достигнуты ее нижестоящие подцели (решены подзадачи). Таким образом, функциональная модель отражает в обобщенной форме процесс решения характерных для нее задач.

Обычно функциональные зависимости фактов представляются графически в виде деревьев или графов «И» - «ИЛИ» (см. рис.), в которых каждый зависимый факт представляет собой целевую переменную – корневую вершину, а определяющие его факты – аргументы – связанные с корнем подчиненные вершины, условия конъюнкции (совместности анализа факторов) обозначается пересекающей дугой, а условия дизъюнкции (независимостью влияния на цель факторов) никак не обозначаются, причем если какой либо факт-аргумент, в свою очередь определяется другими фактами-аргументами, то он становится подцелью.

Поведенческая модель отражает изменения состояния объектов в результате возникновения некоторых событий, влекущих за собой выполнение определенных действий (процедур). Состояние объекта – это изменяющиеся во времени значения некоторого свойства. Набор действий, связанных с некоторым событием, составляет поведение объекта, которое выражается в виде правил или процедур. Задача определения поведенческой модели заключается в определении связей событий с поведением объектов и изменением их состояний. Как правило, событие отражается в форме сообщения, посылаемого объекту. Пример поведенческой модели в виде диаграммы потоков событий представлен в таблице:

СОБЫТИЕ (Сообщение)	ПОВЕДЕНИЕ (Действие)	СОСТОЯНИЕ (Жизненный цикл)
Оформляется	Создание заказа Проверка выполнимости	Оформлен
Откладывается	Заказ у производителя	Отложен
Выполняется	Отправляется Выписываются платежные документы	Выполнен
Оплачивается	Уничтожение заказа	Оплачен

СТРАТЕГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Жизненный цикл Конкурентоспособность Финансовое состояние

Предприятия

Число конкурентов цена

Сбыт технико-эксплуатац. платежеспособность

Хар-ки

прибыль потребителя качество устойчивость

Дерево целей – граф «И-ИЛИ»